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日本北陆先端科技大首次在Si基板上制备成功

编辑:xiaqiaohui 2011-04-14 09:11:38 浏览:855  来源:

  日本北陆先端科学技术大学院大学(JAIST)的研发小组在形成二硼化锆(ZrB2)薄膜的Si基板上,制成了硅(Si)原子呈蜂窝构造的二维片状材料“Silicene”。并在2011年3月举行的美国物理学会(American Physical Society)进行了论文发布。

  Si与构成石墨烯的碳原子(C)在周期表中属于同族,也就是说双方的化学性质相近,可获得的结晶构造也相似。例如,金刚石和块状Si的原子均通过“金刚石构造”键合。还有可称为Si版有机物(碳化氢)的“聚硅烷(Polysilane)”等。在这种情况下,甚至出现了以“生命的基本元素是Si而非C”为内容的科幻小说(参阅相关博客)。

  不过,目前尚未确认类似由C构成的石墨、石墨烯、碳纳米管以及乙烯等原子间存在双键的Si物质分子在自然界中存在。理由是Si原子的大小超过C,Si原子间的距离大于C,因而双键的稳定性较差。还有人发表了Si版富勒烯“Si60”无法稳定存在的论文。

  而从理论上来说,Si版石墨烯和碳纳米管在理论上是可能存在的,而且已知可在一定条件下制备出来。首先,1994年日本NTT物性科学基础研究所发表了理论论述采用蜂窝构造的Si材料稳定性的论文。2005年,理论上预测“Si纳米管”存在。丰田中央研究所在2006年成功制备出了虽然是镁(Mg)与氧(O)键合,但却类似于Silicene的材料“硅纳米片”(参阅论文)。

  “Silicene”这一名称是美国俄亥俄州的莱特州立大学(Wright State University)的学生在2006年的硕士论文中提出来的。而实际制出Silicene的却是法国研究机构CINaM的研发小组,他们于2008年在Ag基板上通过外延生长制备成功了Silicene(参阅论文)。

  此次,JAIST副教授高村(山田)由起子的研发小组,在ZrB2薄膜/Si基板上通过外延生长制备了Silicene。JAIST的高村(山田)表示,“我们从几年前开始研究氮化物,在这个过程中,偶然发现可以制成Silicene”。

  Si基板的尺寸为10mm×20mm。ZrB2采用和石墨烯同为蜂窝構造的B层,与Zr以三角形网状键合的层相互重叠的结晶构造。JAIST表示,“Silicene的晶格常数与ZrB2非常一致”。

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